1、中南大学本科生毕业论文 目录目 录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论 .11.1 桩及桩工机械 .11.1.1 桩基础 .11.1.2 桩工机械 .11.2 电液比例控制技术概况 .21.2.1 电液比例控制技术的发展背景及特点 .21.2.2 电液比例控制系统的分类 .31.2.3 电液比例控制技术的发展现状及趋势 .41.3 选题背景及意义 .51.4 论文研究的主要内容 .5第 2 章 液压打桩机自动落锤控制系统方案探讨 .62.1 打桩过程落锤控制要求 .62.1.1 安全性要求 .62.1.2 速度要求 .72.1.3 经济性要求 .72.2 泵控落锤系统方案计算
2、.72.2.1 泵控落锤系统液压原理图 .72.2.2 元件选型列表及验算 .92.2.3 泵控落锤系统不合理性分析 .142.3 节流阀在自动落锤控制系统中的应用 .152.3.1 节流阀工作原理 .152.3.2 节流阀的结构型式特点与类型 .152.3.3 节流阀的研究历史成果 .162.4 本章小结 .16第 3 章 自动落锤控制系统的设计 .173.1 自动落锤控制系统设计的主要内容 .173.2 自动落锤控制系统工作原理及组成 .173.2.1 自动落锤控制系统结构 .173.2.2 电液比例控制系统组成 .173.2.3 自动落锤控制系统液压原理图 .193.3 电液比例节流阀设
3、计选型 .193.3.1 电液比例节流阀的可行性分析 .193.3.2 电液比例节流阀计算选型 .203.3.3 电液比例节流阀各部件说明 .213.4 定差补偿控制器设计选型 .273.4.1 定压补偿控制器型号及说明 .273.4.2 减压阀剖面图及功能分析 .273.5 控制系统基本参数的设定 .283.6 外环反馈所需元件选型 .303.7 本章小结 .31第 4 章 自动落锤控制系统控制特性分析 .324.1 液压系统控制特性分析与参数优化 .324.1.1 液压系统控制特性分析方法 .324.1.2 液压系统参数优化目标 .324.1.3 液压系统优化步骤 .33中南大学本科生毕业
4、论文 目录I4.2 系统建模 .334.2.1 比例放大器建模 .334.2.2 电液比例节流阀的建模分析 .344.2.3 液压马达传递函数建立 .344.2.4 速度传感器传递函数 .364.2.5 系统的总传递函数 .364.3 自动落锤控制系统仿真 .364.3.1 仿真软件简介 .364.3.2 系统动态方程参数的计算与估计 .384.3.3 传递函数的确定 .404.3.4 系统仿真结果分析 .404.4 本章小结 .43第 5 章 经济性分析 .44第 6 章 总结 .45结 束 语 .46参考文献 .47附录 电液比例节流阀技术资料 .48附录 比例减压阀技术数据 .50附录
5、仿真程序 .51附录 仿真结果 .53附录 英文原文 .55附录 中文译文 .66中南大学本科生毕业论文 摘要摘 要液压打桩机是一种应用广泛的桩工机械。针对打桩过程中断桩这一工程实际问题，论文提出了对落锤控制系统的要求。经计算，文章得出传统泵控落锤系统能量消耗很大的结论，需要对落锤控制系统另行设计研究。本文使用了电液比例节流阀来解决落锤控制的问题。根据电液比例节流阀的特点论证了解决问题的可行性；分析了整个系统的工作原理，得出自动落锤控制系统的实质是控制回油管路中的最大流量的结论。电液比例节流阀的设计研究是自动落锤控制系统的核心部分。通过对流量限制的分析，进行了电液比例节流阀的选型；根据Rexr
6、oth Bosch 公司所提供的技术数据，电液比例节流阀和减压阀的静态特性曲线等，论文对其中某些参数值进行了设定；对电液比例节流阀每部分的工作原理作了介绍；根据电液比例节流阀的工作原理与动态微分方程，进行了动态特性分析和计算机数字仿真，并对控制系统参数进行了优化。关键词：液压打桩机；自动落锤控制系统；电液比例节流阀；动态特性分析；计算机仿真中南大学本科生毕业论文 ABSTRACTABSTRACTHydraulic pile driver is a widely uesd piling machinery.To solving the actual project problem of pile
7、 broken during pile driving,we make requests to the control of drop-hammer.In this paper, we have caculated the energy consumption of traditional pump-control drop-hammer system is very great,so we need to design and study the drop-hammer control system in other filed.In this paper,we use the electr
8、o-hydraulic proportional throttle control to solve the problem of drop-hammer.According to the characteristics of Electro-hydraulic proportional throttle valve,we demonstration the feasibility of problem solving; After analysing the working principle of the whole system,we reach the conclusion the s
9、ubstance of the mandate of automatic drop-hammer control system is to control the maximum of the flow through the pipeline to the tank.The design and research of Electro-hydraulic proportional throttle valve is the core of the automatic drop-hammer control system.Though analysis of restrictions on t
10、he flow,we carried out the selection of electro-hydraulic proportional throttle valve.According to the technical data provided by Rexroth Bosch company and the static characteristic curve of electro-hydraulic proportional throttle valve and pressure relief valve,the paper have set the value of certa
11、in parameters. Every part of the working principle of electro-hydraulic proportional throttle is described. In accordance with the working principle and dynamic differential equations of electro-hydraulic proportional throttle valve, the dynamic characteristic analysis and computer simulation were d
12、one, and the parameters of control system were optimized.KEY WORDS：Hydraulic pile driver；Automatical drop-hammer control system；Electro-Hydraulic proportional throttle valve；Dynamic performance analysis；Computer simulation中南大学本科生毕业论文 第 1 章 绪论0第 1 章 绪论1.1 桩及桩工机械1.1.1 桩基础桩基础是一种古老、传统的基础型式，也是一种应用广泛、发展迅速
13、、生命力很强的基础型式。远在中国的汉代(公元前 200 年)的桥梁建设者就使用了木桩。在英国，由罗马人修建的桥梁工程及河滨住宅中有许多木桩的实例。中世纪，在东安格里亚(East Anglia)沼泽地区修建的大修道院基础中，用过橡木和赤扬木桩 1。桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。它的特点如下：（1）桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的全部竖向荷载（包括偏心荷载）。（2）桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不
14、超过允许范围。（3）凭借巨大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证高层建筑的抗倾覆稳定性。（4）桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在建筑桩基技术规范中均有规定。 1.1.2 桩工机械图 1-1 桩工机械分类1. 桩工机械分类如图 1-1 所示。中南大学本
15、科生毕业论文 第 1 章 绪论1桩工机械主要用于各种桩基础、地基改良加固、地下连续墙及其它特殊地基基础等工程的施工。其主要特点：一是要面对各种复杂的地质条件，二是伴随着各种地基施工工法的诞生而发展。目前各种基础的施工方法有 200 余种，因此桩工机械是多品种、多规格型号、专用性较强、生产批量不大的一种建筑施工机械，主要包括预制桩施工机械和灌注桩施工机械两大类。2. 液压打桩锤发展现状液压锤技术起源于六十年代，1964 年荷兰 HBG 公司(Hollcuds Betw Group)研究发展部开始研究液压锤,1965 年试制成功了世界上第一台液压锤， 1969 年制成 HBM 型液压锤，从60 年
16、代开始，荷兰 IHC 公司和 HBH HYDROBLOK 公司共同研制开发了液压锤。1976 年，英国 BSP 公司研制成功 10 吨锤重的液压锤，日本日立建机(株)公司买进英国 BSP 公司的专利并于 1979 年试制成功，开始投入实际使用，特别是 1983 年，液压锤被建设者的“建设技术评定等级”所确认，因此进一步取得了普及推广，70 年代至 80 年代德国、前苏联、芬兰、美国、瑞典等国家也先后制造了各种形式的液压打桩锤。目前液压锤在国外发达国家被广泛使用，并已形成系列化。许多公司已经开发了各种形式的液压锤，典型的产品有：英国的 BSP 系列、荷兰 IHC 公司的 SC 系列、日本车辆公司
17、的 NH 系列、日本日立公司的 HNC 系列、美国 HPSI 公司的 MODEL 系列、芬兰 JUNTTAN公司的 HHK 以及 HHKA 系列、日本常盘建机公司的 TK 系列等。国内的液压锤技术相对比较落后，目前还没有进行大规模生产和设计的厂家，我国建筑单位使用的液压锤大多从其它国家进口。国内目前只有上海金泰公司等少数几家单位和研究部门从日本等国家引进液压锤技术进行消化吸收并试制生产。由于液压锤与传统打桩锤比较具有噪声小、无污染、无油烟飞散等特点，可以认为是其为一种环保产品，符合日益提高的环保要求。同时采用了先进可靠的控制技术使得液压锤产品具有优良的动力学特性和可控制性。3. 液压打桩锤特点
18、(1)作业面广。适用于各类土层和桩型，具有较好的打斜桩能力。如增加一个密封罩，还可用于水下打桩。(2)打桩效率高。一般比柴油锤和蒸气锤可提高工效 40%-50%。由于冲击块质量高于其他桩锤，因而能使桩面获得较大贯入度。(3)无公害。不排出任何废气，噪声和振动均小于其他桩锤。(4)可根据土质情况及桩的强度随时调节冲击块的行程，以控制桩锤的冲击力，使打击力峰值小，桩顶不易损坏。(5)桩的打入精度高液压打桩锤的主要缺点是：设备及施工费用高，维修保养成本高，还需设置专用动力源等。1.2 电液比例控制技术概况1.2.1 电液比例控制技术的发展背景及特点1. 电液比例控制技术的发展背景中南大学本科生毕业论
19、文 第 1 章 绪论2现代电液控制技术的发展追溯到二次大战时期。由于军事需要，对武器和飞机的自动控制系统的研究取得了很大的进步。战争后期，喷气技术取得了突破性进展。由于喷气式飞行器速度很高，因此对控制系统的快速性、动态精度和功率一重量比都提出了更高的要求。工程需要是现代电液控制技术发展的推动力 1940 年底在飞机上首先出现了电液伺服系统，其滑阀由伺服电机拖动，惯量很大，限制系统的动态特性。50 年代初出现了高速响应的永磁式力矩马达。50 年代后期又出现了以喷嘴挡板阀作为先导级的电液伺服阀，使电液伺服系统成为当时响应最快、控制精度最高的伺服系统。60 年代各种结构的伺服阀相继问世，电液伺服阀技
20、术已日臻成熟。60 年代后期由于人们对工艺过程控制提出了更高的要求。现代电子技术特别是微电子集成技术和计算机技术的发展，为工程控制系统提供了充分而且廉价的现代电子装置，各类民用工程对电液控制技术的需求更加迫切和广泛。传统的电液伺服阀对流体介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维修费用较高，系统能耗也较大，难以为各工业用户所接受。而传统的开关控制又不能满足高质量控制系统的要求。因此，人们希望开发出一种可靠、廉价、控制精度和响应特性均能满足工业控制系统实际需要的电液控制技术。2. 电液比例控制技术的特点电液比例控制是指用输入的电信号来调制液压参数，使之连续成比例的变化。可用于开环或闭环系统中，以实现对各种运动进行快速、稳定和精确
